简明生物化学原理 课件 第5章 酶化学-1 酶的特性

第5章酶化学-1

酶的化学本质与特性简明生物化学原理主要内容：一、掌握酶的概念及化学本质二、理解酶的作用特点、酶的分类及命名三、掌握酶的专一性四、了解酶的活力测定与分离纯化五、掌握核酶及其研究意义

第一节酶的概念、命名和分类

一酶的概念酶及生物催化剂概念的发展……生物催化剂（Biocatalyst）蛋白质类：

Enzyme

(天然酶、生物工程酶)核酸类：Ribozyme;Deoxyribozyme模拟生物催化剂克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶

酶的概念

酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的

生物催化剂.

酶（enzyme）是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质或RNA。不改变反应的平衡，只是通过降低活化能来加快反应的速度。底物酶产物

有酶催化的反应称为酶促反应，在酶催化作用下进行化学变化的物质称为底物，酶促反应生成的物质称为产物底物产物二酶的命名1.习惯命名（1961年以前）根据其催化底物来命名；蛋白（水解）酶，尿酶根据所催化反应的性质来命名：水解酶，脱氢酶结合上述两个原则来命名：琥珀酸脱氢酶根据酶的来源命名：胃蛋白酶，胰蛋白酶优点命名简单应用历史较长，使用方便缺点一名数酶、一酶数名2.

国际系统命名★★基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为水时可略去不写）。为了适应酶学发展的新情况，国际酶学会议于1961年提出一个新的系统命名法及分类原则，并在1972年制订《酶命名法》。★★

国际系统分类法及编号（EC编号）（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。（2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个亚类，编号用1、2、3表示。（3）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号1、2、3表示。每一个酶的编号由4个数字组成，中间以“·”隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。*

1961年国际酶学委员会（EnzymeCommittee,EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：

1.氧还原酶类，2.移换酶类，3.水解酶类，

4.裂合酶类，5.异构酶类，6.合成酶类

*每一种酶有一个编号,

如,乙醇脱氢酶EC1·1·1·1

EC1·1·1·1

大类亚类亚亚类序号★氧、转、水、裂、异、合三酶的国际系统分类1

氧化还原酶类催化氧化还原反应：A·2H+B=A+B·2H

乳酸：NAD+氧化还原酶（EC1·1·1·27），习惯名：乳酸脱氢酶

2

转移酶类

AB+C=A+BCAla：酮戊二酸氨基移换酶（EC2·6·1·2），习惯名：谷丙转氨酶3

水解酶类催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。

AB+HOHAOH+BH亮氨酸氨基肽水解酶（EC3·4·1·1），习惯名：Ile氨肽酶。4

裂合酶类（裂解酶）催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应

ABA+B

二磷酸酮糖裂合酶（EC4·1·2·7），习惯名：醛缩酶5

异构酶催化同分异构体相互转化

AB

6-磷酸Glc异构酶（EC5·3·1·9）6

合成酶（连接酶）催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。

A+B+ATPA-B+ADPUTP：氨连接酶（CTP合成酶）L-酪氨酸：tRNA连接酶（酪氨酰tRNA合成酶）T4DNA连接酶

第二节酶的化学本质和结构

一酶的化学本质绝大多数酶是蛋白质少数酶是RNA（核酶）某些抗体有催化活性酶分子组成单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质辅酶辅基辅助因子全酶

=酶蛋白

+辅助因子

辅助因子包括辅酶和辅基；

辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基(prostheticgroup)：与酶蛋白结合较紧。★

酶的辅助因子主要有金属离子和有机化合物金属离子：Fe2+、Fe3+

、Zn2+、Cu+、Cu2+、

Mn2+、、Mn3+、Mg2+

、K+、Na+

、Mo6+

、Co2+等。有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物素，卟啉等

游离的金属离子称为辅助因子

★

ribozyme核酶（具有催化功能的RNA）（1）80年代初，ThomasCech和SidneyAltman四膜虫L19RNA具有生物催化功能，催化rRNA前体的剪接

（2）1983年Atman和PaceE.ColiRNaseP中的RNA具有加工tRNA前体的催化功能二酶蛋白的结构1、

单体酶由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子牛胰RNase124aa单链鸡卵清溶菌酶129aa单链2、

寡聚酶①含相同亚基的寡聚酶：

苹果酸脱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基②含不同亚基的寡聚酶：琥珀酸脱氢酶（牛心），αβ2个亚基寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。★大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。三辅酶的结构与功能

大多数辅酶具有核苷酸结构，其中很多含维生素组分。维生素及其与辅酶的关系（见第六章维生素化学）

维生素（vitamin）——维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从食物中摄取。

多数水溶性维生素作为辅酶的主要成分，或本身就是辅酶参与体内代谢过程。RAMPNAD+:

R=HNADP+:R=PO2H2尼克酰胺核苷酸维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）NAD(P)+

NAD(P)H+H+NAD(P)++2H2e+H+2e+H+nicotinamideNAD+、NADP+是许多脱氢酶的辅酶。NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶INADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II氧化型：NAD+，NADP+还原型：NADH2，NADPH2

NAD+NADH+H+NADP+NADPH+H+FMNAMPFAD

核黄素ribiflavinFMN+2HFMNH2FAD+2HFADH2维生素B2和黄素单核苷酸（FMN）.黄素腺嘌呤二核苷（FAD）+2H-2HNHHROO泛酸(pantorthenicasaid)和辅酶A（coenzymeA）SHS-C-RO泛酸巯基乙胺ADP叶酸(folicacid)和四氢叶酸（FH4）

叶酸四氢叶酸HH105对氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤主要可溶性维生素和相应辅酶

维生素辅酶功能1.B1(硫胺素)TPPα-酮酸氧化脱羧2.B2(核黄素)FMN、FAD氢载体3.PP[尼克酸（酰胺）]NAD+、NADP+氢载体4.泛酸（遍多酸）CoASH酰基载体5.B6

[吡哆醇（醛、酸）]

磷酸吡哆醇（醛）转氨、脱羧、消旋6.叶酸FH4(THFA)一碳基团载体7.生物素羧化辅酶8.C（抗坏血酸）氧化还原作用硫辛酸酰基载体、氢载体B12（氰钴氨素）变位酶辅酶一碳基团载体第三节酶的特性1极高的催化效率（高效率）酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且高出非酶催化反应速度至少几个数量级。2

高度的专一性（特异性）酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。

酶专一性类型（1）结构专一性

概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择

类别：绝对专一性和相对专一性（2）立体异构专一性

概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求

类别：旋光异构专一性和几何异构专一性绝对专一性和相对专一性

绝对专一性

有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。

相对专一性

有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。

1）键专一性

有的酶只作用于一定的键，而对键两端的基团并无严格要求。

2）基团专一性另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。消化道内几种蛋白酶的专一性（丙）（芳香）胃蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶胰蛋白酶

羧肽酶氨肽酶（硷性）3活性可调节（可调控）别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。4酶不稳定（易失活）容易失去它的催化活性

酶反应要求比较温和的反应条件，如常温、常压，中性pH环境。而高温，高压，强碱，强酸和紫外线等都容易使酶失去活性。5酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子

第四节酶的作用机制

一酶催化的中间产物理论E+SP+EES自由能反应过程

GE2E1酶催化的中间产物理论

酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。二酶的活性中心和必需基团

酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（activecenter）或活性部位（activesite），参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。实例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）

AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基团:His57,Asp102,Ser195活性部位催化部位(catalyticsite)结合部位(bindingcenter)活性部位的测定；切除法，化学修饰法，亲合标记法，X射线衍射法，分子生物学方法三酶作用的专一性机理锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。酶专一性的“锁钥学说”

酶专一性的“诱导契合学说”四酶加快化学反应速率的机理

1、邻近与定向效应

2、诱导契合与底物扭曲变形

3、共价催化

4、酸硷催化

5、微环境影响实例:胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）1、邻近效应与定向效应邻